水生动物水体修复技术

1、9.2 水生动物水体修复技术9.2.1 水生动物净化水体的技术原理水生动物也能吸收和迁移污染物。与水生植物细胞不同，动物细胞缺乏细胞 壁，因此细胞膜起着很大的屏障作用。（1）污染物通过动物细胞膜的方式 污染物通过动物细胞膜的方式有两大类：被动运输和特殊转运。被动运输由 包括简单扩散和过滤； 特殊转运又可分为载体运输、 主动运输、吞噬和胞饮作用。 可见，这些这些方式与植物有类似之处，体现了生物膜结构与功能的高度统一。 某些固态物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力， 当其与细胞膜接触后， 可改 变这部分膜的表面张力， 引起细胞膜外包或内凹， 将固态物质包围进入细胞， 这 种方式称为吞噬作用； 如吞

2、食细胞外液的微滴和胶体物质也可通过这种方式进入 细胞成为胞饮作用。（2）水生动物体对污染物质的吸牧 水生动物对污染物的吸收一般是通过呼吸道、消化道、皮肤等途径。 经呼吸道吸收 水体中的污染物进入水生动物呼吸道后顺气管进入肺部，其中直径小于 5nm 悬浮颗粒能穿过肺泡被吞噬细胞所吞食； 部分毒物能在肺部长期停留， 会使肺部 致敏纤维化或癌；部分毒物运至支气管时刺激气管产生反应性咳嗽而吐出或被咽 入消化道。 鱼类吸收水体污染物首先通过鱼鳃过滤， 然后进入呼吸系统， 并将污 染物质带入肺部，鱼鳃也是吸收污染物的重要途径。 经消化道吸收消化道是水生动物吸收污染物的主要途径， 肠道黏膜是吸收污染物的主要

3、部 位之一。整个消化道对污染物都有吸收能力， 但主要吸收部位是在胃和小肠， 一 般情况下主要由小肠吸收，因小肠黏膜上有微绒毛，可增加吸收面积约600倍。肠道吸收量因污染物化学形态不同而有很大差异。 经皮肤及其它途径吸收 皮肤是水生动物体对污染物吸收的一道重要的防卫体系， 它由表皮和真皮构 成。表皮又分为角质层、透明层、颗粒层和生发层；真皮是表皮下一层致密的结 缔组织，又分为乳头层和网状层。 经皮肤吸收一般有两个阶段： 第一阶段是污染 物以扩散的方式通过表层， 表皮的角质层是最重要的屏障； 第二阶段是污染物以 扩散的方式通过真皮。9.2.2 水生动物净化水体的作用排入河湖中的污染物首先被细菌和真

4、菌作为营养物而摄取， 并将有机污染物 分解为无机物。细菌、真菌又被原生动物吞食，所产生的无机物如氮、磷等作为 营养盐类被藻类吸收。 藻类进行光合作用产生的氧可用于其它水生生物利用。 但 若藻类过量又会产生新的有机污染，而水中的浮游动物、鱼、虾、蜗牛、鸭等恰 恰以藻类为食， 抑制了藻类的过度繁殖， 不致产生再次污染， 使自净作用占绝对 优势。总之，水的自净作用是按照污染物质一 细菌、真菌一原生动物一轮虫、 线虫、浮游生物T小鱼T两栖类、鸟、人类这样一种食物链的方式降低浓度的。 国内外许多学者和研究人员致力于利用水生动物对水体中有机和无机物质的吸 收和利用来净化污水。 尤其是利用水体生态系统食物链

5、中蚌、 螺、草食性浮游动 物和鱼类，直接吸收营养盐类、有机碎屑和浮游植物，取得明显的效果。这些水 生动物就像小小的生物过滤器，昼夜不停地过滤着水体。污水处理中常见的原生动物有肉足类、鞭毛类和纤毛类。常见的后生动物主 要是多细胞的无脊椎动物， 包括轮虫、 甲壳类动物和昆虫及其幼体等。 微型动物 （ 原生动物和后生动物 ） 在处理污水中主要有如下作用： （1） 微型动物能分泌粘度 等有利于细菌凝聚的物质， 并且微型生物本身在沉降过程中挟带细菌下沉， 因而 改善了污泥的沉降性能。 （2） 微型动物能吞食游离细菌和污泥碎片，并能活化细 菌，带动细菌一起运动， 使细菌和有机物质充分接触， 提高了细菌对有

6、机物的去 除能力，改善了水质。（ 3）微型动物本身能代谢可溶性有机物。 （ 4）微型动物 对毒物比细菌敏感， 可用以确定污水中毒物的毒阈值。 有关试验表明， 污水的净 化系统中， 水生动物与细菌的关系密切， 具有特殊的功能作用， 因为水生动物是 水体系统中最主要捕食者， 通过捕食水体中的细菌， 水生动物能使水体的色度变 淡，氮、磷浓度降低，藻类被除掉，水体透明度大大提高，水体变清。可见，水 生动物对净化水体有显著的效果。9.2.3 水生动物水质修复技术利用水生动物对水体中有机和无机物质的吸收和利用来净化污水。 尤其是利 用湖泊生态系统食物链中的蚌、 螺、草食性浮游动物和鱼类， 直接吸收营养盐类

7、、 有机碎屑和浮游植物， 可取得明显的效果。这些水生动物就像小小的生物过滤器， 昼夜不停地过滤着水体。9.2.3.1 水生动物物种与培育河流中生态系统对水质净化作用如下： 排入河流中的污染物首先被细菌和真 菌作为营养物而摄取， 并将有机污染物分解为无机物。 细菌、 真菌又被原生动物 吞食，所产生的无机物如氮、 磷等作为营养盐类被藻类吸收。 藻类进行光合作用 又产生氧供其它水生生物利用。 但若藻类过量又会产生新的有机污染， 而水中的 浮游动物、鱼、虾、蜗牛、鸭等恰恰以藻类为食，制了藻类的过度繁殖，不致产 生再次污染， 使自净作用占绝对优势。 总之，水的自净作用是按照污染物质 细菌、真菌 -原生动

8、物 -轮虫、线虫、浮游生物 -小鱼 -两栖类、鸟、人类这样一种 食物链的方式降低浓度的。水体中投放适当的水生动物可以有效的去除水体中富余营养物质， 控制藻类 生长。底栖动物螺蛳主要摄食固着藻类， 同时分泌促絮凝物质， 使湖水中悬浮物 质絮凝，促使水变清。滤食性鱼类，如鲫、鳙鱼等可以有效地去除水体中藻类物 质从而使水体的透明度增加。 水生生物的生长， 可以促进水质进一步净化。 值得 一提的是多自然型河流治理营造出的浅滩、 放置的巨石、 修建的丁坝、 鱼道等形 成水的紊流， 有利于氧从空气传递入水中， 增加水中溶解氧量。 一般说来河流溶 解氧充足有利于好氧微生物、鱼类等的生长，河水会变得清澈、舒适

9、。反之，则 有利于厌氧微生物的繁殖，河水会发黑、发臭。滤食性贝类以浮游植物、微生物和有机碎屑为食，滤水率和摄食量都很大， 因此可以加速悬浮物质的沉降， 利用及促进浮游植物的生长繁殖， 加速有机质的 循环作用，进而优化水质条件，改善养殖环境。9.2.3.2 利用食物链净化水体鱼类放养技术的关键是投放鱼类的品种、 大小和数量， 以及对鱼类生产的控 制管理。通过细菌，藻类，微小动，鱼类等构成一个完整的活性较高的食物链， 使排水中的有机物和氮、磷等营养盐类得到较彻底的处理。水域会成为许多有害昆虫如蚊、 蝇的滋生场所， 在水体中投鱼， 它可摄食蚊 子的幼虫及其它昆虫的幼虫， 避免了水域对周围环境造成的危

10、害。 鱼是水生食物 链的最高级， 在水体内藻类为浮游生物的食物， 浮游生物又供作鱼类的饵料， 使 之形成如下食物链：菌T藻类T浮游生物T鱼类利用食物链关系可以对水体造成污染的物质进行有效的回收和资源利用， 同 时取得水质净化效果。通常根据食物链结构关系， 可将生态控制分为上行控制和下行控制两类。 营 养盐浓度是水体状况的表征， 也是影响水体食物链中各类水生生物繁衍、 生存的 主要因素。 上行控制是通过调控水体的能量和营养的输入、 分配来控制水环境中 食物链结构的生物操纵法。 下行控制则是利用食物链中的捕食关系， 通过提高或 降低某个高级生态位物种的生物量来改变水体中的生物群落结构， 达到改善水

11、环 境的目的。9.2.3.3 水生动物的净化效果水生动物以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食 , 可有效减少水体中的悬 浮物,提高水体透明度。 投放数量合适、物种配比合理的水生动物 ,可延长生态系 统的食物链、提高生物净化效果。定期打捞浮游动物和底栖动物 , 可以防止其过 量繁殖造成的污染 , 同时也可以将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养物 质从水体中彻底去除。 石岩等研究了草食性浮游动物水蚤、 蚌和螺类及养殖草食 性鱼类净化富营养化水体的效果。 韩士群等研究了在每升水体中放养长肢秀体蚤 600 个以上, 即可对水体中浮游动物、藻类的数量、生物量、群落结构产生显著 影响,同时降低水体中总

12、氮、总磷和coDMn浓度,增加水体的透明度。Songsangjinda 等研究了牡蛎对水体中氮的去除。 Gifford 等研究了牡蛎对水体中的营养物质和重金属的去除。结果表明 , 这些水生动物对总氮、氨氮、总磷等 几种指标都有很明显的降低作用9.2.3.4 生物调控作用与技术初级生产者 ( 浮游植物 ) 的生命周期短、繁殖快，初级产品如不迅速被次级生 产者( 浮游动物 ) 利用将形成积累， 产生所谓的水华， 严重将形成赤潮； 而浮游动 物能捕食初级生产者， 对浮游植物具有重要的控制作用。 浮游动物在水生生态系 统中起着重要的调控作用， 其调控作用主要体现在以下几个方面： (1) 对初级生 产力

13、的控制； (2) 对营养级间生态转换效率的调控； (3) 对高层捕食者的控制作 用； (4) 对水层底栖藕合关系的控制作用。水生动物的净化作用早有研究，如放养食鱼性鱼类控制食浮游动物的鱼类， 增加食藻类浮游动物， 从而控制浮游藻类， 改善水质， 而鱼类对生态系统的影响 也成为 20世纪80年代末以来的研究热点。 防治浮游动物繁盛最有效的办法就是放 养鳙鱼，而放养鲢鱼通常是为了消灭浮游植物。 放养鲢鳙的多少及如何搭配亦值 得研究。鲢鳙混养时， 鲢鱼大量摄取浮游植物， 从而抑制了以浮游植物为食的浮 游动物的生长和繁殖。 如果鳙鱼的数量放养过多， 就得不到足够的食物， 生物量 受到抑制； 放养太少，

14、 不能充分利用饵料而影响产量。 合理地搭配鲢鳙的放养数 量，可充分地利用天然饵料， 减少浮游植物和浮游动物的数量， 既可治理水体的 富营养化，又可提高经济效益，是一项非常值得研究的生物修复技术。生物调控最早是由Shapiro等(1975)提出的。生物调控在营养盐管理已失败的 富营养化湖泊中已经显示出明显的治理效果， 且其费用低。 现在正在强化生物调 控稳定性的研究。 生物调控是通过重建生物群落以得到一个有利的响应， 常用于 减少藻类生物量， 保持水质清澈并提高生物多样性。 主要是采用鱼类种群的下行 调控，如增加食鱼性鱼类或减少食浮游动物或食底牺动物鱼类， 以保证有充分的 浮游动物等来控制藻类， 也有直接利用食藻鱼控制蓝藻水华。 利用上行、 下行效 应控制水体富营养化的示意图如图 9-1所示。藻型浅水湖泊富营养化防治走过了从控制营养盐、 直接除藻、 到生物调控的 艰难历程。 研究多集中于营养盐对浮游植物限制作用的 “上行效应 ”和鱼类、浮游 动物对浮游植物控制作用的 “下行效应 ”。生物调控